JPH0725842B2 - 含ケイ素ポリマ−の製造方法 - Google Patents

含ケイ素ポリマ−の製造方法

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JPH0725842B2
JPH0725842B2 JP9869887A JP9869887A JPH0725842B2 JP H0725842 B2 JPH0725842 B2 JP H0725842B2 JP 9869887 A JP9869887 A JP 9869887A JP 9869887 A JP9869887 A JP 9869887A JP H0725842 B2 JPH0725842 B2 JP H0725842B2
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正義 伊藤
亮 武内
健二 岩田
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、含ケイ素ポリマーの製造方法に関する。詳し
くは、一般式 (ただし、mは0または1乃至10の正の整数、nは1、
2または3、R1は水素、アルキル基、アリール基または
ハロゲン、R2はアルキレン基またはフェニレン基であっ
て、R1およびR2はCOOH、NH2、Cl、OHなどの官能基を含
んでいても良い。)で表されるケイ素化合物と分子内に
少なくとも一つの炭素と炭素の二重結合を有する不飽和
炭化水素、特にはα−オレフィンとをラジカル共重合さ
せ、分子内にSi-H結合を含有する高分子化合物を製造す
る方法に関する。
従来の技術 Siを含むポリマーの産業上の利用は、現在、シリコーン
(オルガノポリシロキサン)が大半である。これに用い
る原料は、金属ケイ素とハロゲン化炭化水素との反応、
いわゆる直接法によつて製造されるアルキルクロロシラ
ン類、特にはジメチルジクロロシランである。シリコー
ンを除くと含ケイ素ポリマーの実用例は少なく、例え
ば、 が知られている。(I)は、下式に示すように、キシレ
ン等の溶媒中にて製造される。
(II)も同様である。(I)は不溶不融であるが、(I
I)は溶媒に可溶かつ熱可塑性である。(III)は(I)
を高温高圧下で熱分解することによって得られ、溶媒に
可溶で熱可塑性である。(I)、(II)及び(III)は
セラミックスバインダー用として用いられ、また(II)
および(III)はセラミックス(SiC)の前駆体、特にセ
クラミックス(SiC)繊維用として使用されている(日
本カーボン社、商品名“ニカロン”)。(IV)はビニル
シランの重合体であり、エチレンとの共重合体は水分架
橋性ポリエチレンとして電線被覆用に大量に使用されて
いる。
しかるに、 の重合体は、殆どその例がなく、わずかにチーグラー
(Ziegler)型触媒でアリルシラン(CH2=CH-CH2-Si
H3)の重合例が見られるに過ぎない(ジャーナル オブ
ポリマー サイエンス(Journal of polymer Scienc
e)、Vol31,No.122,181(1958),イタリア特許60601
8)。前記のケイ素化合物は、後述するように最近その
工業的入手が容易になってきたものである。
本発明者らは、本発明にかかわるケイ素化合物のチーグ
ラー(Ziegler)型触媒による重合体が高温焼成した場
合にセラミックス(SiC)への変換収率が高く、セラミ
ックス用プレポリマーとして非常に有望であることを、
既に提唱している(例えば、特願昭62-015929、62-0315
14)。このポリマーは、前述の(II)や(III)のよう
な従来のプレポリマーに比較してその製造法が経済的で
ある。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来のアルキルクロロシラン類を原料と
する、例えば、下記の繰り返し構造単位を有するポリマ
ー、例えば の製造はクロル系で実施することになり、装置の腐蝕の
心配があり、かつ、プロセスも極めて複雑なものになっ
ている。
すなわち、本発明の目的は、特定のケイ素化合物と不飽
和炭化水素とをラジカル共重合させることによって含ケ
イ素ポリマーが簡単なプロセスで製造できる方法を提供
することにある。
問題点を解決するための手段および作用 本発明者らは、これらの事実を考慮し、含ケイ素ポリマ
ーの新し製造法に注力した結果、特定のケイ素化合物と
不飽和炭化水素とをラジカル共重合させることによって
含ケイ素ポリマーが簡単なプロセスで製造できることを
見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、一般式 (ただし、mは0または1乃至10の正の整数、nは1、
2または3、R1は水素、アルキル基、アリール基または
ハロゲン、R2はアルキレン基またはフェニレン基であっ
て、R1およびR2はCOOH、NH2、Cl、OHなどの官能基を含
んでいても良い。)で表されるケイ素化合物と分子内に
少なくとも一つの炭素と炭素の二重結合を有する不飽和
炭化水素とをラジカル共重合させることを特徴とする含
ケイ素ポリマーの製造方法である。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明において重合に用いられるケイ素化合物は、一般
で表されるものであって、mは0または1乃至10の正の
整数、nは1、2または3である。R1は水素、アルキル
基、アリール基またはハロゲンであって、例えば、H、
CH3、C2H5、i-C3H7、Φ(Φはフェニル基を示す。以下
同じ。)、ΦCH3、CH2Φ、F、Cl、Brなどがあげられ、
炭素数の少ないもの程好ましく、水素が最も好ましい。
R2はアルキレン基またはフェニレン基であって、例え
ば、CH2、Φ、CH2Φ、などである。なお、上記R1および
R2は、COOH、NH2、Cl、OHなどの官能基を含んでいても
良い。
本発明にかかわるこれらシリル基を含有するモノマー、
すなわち、ケイ素化合物は、種々の方法で製造すること
ができ、本発明において特に制限するものではないが、
例えば、下式に示すような方法を採用できる。
これらのうち、、、はSiH4を原料に用いて、特
に、はVIII族金属を触媒に用いるヒドロシリル化反
応であり、容易に目的とするSiH3基を含有するα−オレ
フィンを得ることができる。蓋し、SiH4は、近年、ポリ
シリコンやアモルファスシリコン用としての需要が拡大
し、安価にかつ大量に製造されるようになったもので、
今後いっそうこの傾向が進むと予想される新しいケイ素
原料である(Si2H6やSi3H8の場合も同様のことが言え
る)。
これらのケイ素化合物は、2種以上同時に用いることも
できる。
一方、本発明の不飽和炭化水素とは、分子内に少なくと
も一つの炭素と炭素の二重結合を有する化合物であっ
て、特にはα−オレフィンである。これらの不飽和炭化
水素はそのもの自身ラジカル重合能を有するものであ
る。具体的には、CH2=CH2、CH2=CH-CH=CH2、CH2=CC
H3-CH=CH2CH2=CHCl、CH2=CCCl2、CH2=CHF、CF2=CF2、CH2=CH
COOR、CH2=C(CH3)COOR、CH2=CHOOCCH3、CH2=CHCN、C
H2=CHNO2などである。これらは2種類以上同時に用いることもで
きる。
本発明の方法によれば、上記のケイ素化合物と不飽和炭
化水素とをラジカル共重合(ランダム、交互、ブロック
若しくはグラフト等)させることに特徴を有するが、ラ
ジカル共重合の様式に特別に制限はなく、種々の方法を
採用できる。例えば、熱、光、放射線、電気、触媒(開
始剤)などの利用が可能であるが、触媒の利用が最も好
ましい。触媒例としては、過酸化水素、過硫酸アンモ
ン、過酸化ベンゾイル、クメンパーオキサイド、シクロ
ヘキサンパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイ
ド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、メチルエチル
ケトンパーオキサイド、アゾビスイソブチロニトリル、
過酸化ラウロイルなどがあげられる。この場合には更に
助触媒(促進剤)としてジメチルアニリン、CoまたはMn
ナフテネートなどを、賦活剤(還元剤)として重亜硫酸
ソーダ、チオ硫酸ソーダ、メルカプタン、第一鉄塩F
e++、第一銅塩Cu+などを用いることができる。また反応
速度のコントロールには反応抑制剤としてメルカプタン
類、芳香族ニトロ化合物などを、重合度調整剤としては
メルカプタン類を用いることができる。また更には種々
の架橋剤を用いることができ、例えば、(CH2=CH)2SiH2
や(CH2=CH)3SiHなどのモノマーとの共重合により任意
に架橋させることもできる。
重合様式も特に制限はなく、気相、液相のいずれでも良
く、塊状重合、溶液重合、懸濁重合、乳化重合などの方
式を採用できる。反応温度、反応圧力は重合様式および
反応モノマーによって異なるが、触媒を利用する場合に
は、反応温度は0乃至200℃、好ましくは20乃至150℃、
反応圧力は平衡上高圧であることが望ましく、常圧乃至
1000気圧である。またベンゼン、トルエン、キシレン、
ペンタン、ジメチルホルムアミド、クロロホルム、水な
どの溶媒を用いて重合することも可能である。
本発明においては、特にポリマーの構造を限定するもの
でなく、くり返し単位、分子量およびその分布、架橋の
程度などはモノマーの種類、重合様式によって変え得
る。最も代表的なポリマー構造としては、例えば、 (ただし、mは0または1乃至10の正の整数、nは1、
2または3、R1は水素、アルキル基、アリール基または
ハロゲン、R2はアルキレン基またはフェニレン基であっ
て、R1およびR2はCOOH、NH2、Cl、OHなどの官能基を含
んでいても良い。また、R3およびR4は、水素、アルキル
基、ハロゲン、アリール基、アルケニル基、アルコキシ
基、ニトロ基、シアノ基、カルボアルコキシ基またはア
セトキシ基であって、COO、NH2、Cl、OHなどの官能基を
含んでいても良い。) である。ポリマーの立体規則性に制限はなく、また分子
量は特に制限はないが、通常、100乃至10,000,000、好
ましくは200乃至1,000,000程度のものがポリマーの成形
性および溶剤への溶解度等の点で望ましい。
モノマーの組成比は、ケイ素化合物1重量部に対して不
飽和炭化水素が0.00001乃至100,000重量部、好ましくは
0.001乃至1,000重量部であって、共重合体の使用目的に
よって任意に選ぶことができる。
本発明における含ケイ素ポリマーは、前記のように安価
なモノマーから容易に得られる。前記した従来のアルキ
ルクロロシランを原料とする、例えば、下記の繰り返し
構造単位を有するポリマー、例えば、 に比較し、本発明における含ケイ素ポリマーの製造は非
クロル系で実施することができ、腐蝕の心配もなく、か
つ、プロセスも極めて簡単なものとなる。以上のことか
ら本発明にかかわるポリマーは、将来さらに安価に製造
することが可能になるものと思われる。
更に、本発明における含ケイ素ポリマーは、製造が容易
であるばかりでなく、その加工性(溶融液の流れ性、溶
媒溶解性)も共重合体の様式(ランダム、ブロっク、交
互もしくはグラフト)、共重合体のモノマー組成、分子
量、立体規則性をコントロールすることにより容易に変
化させることができる。さらにまた、本発明の含ケイ素
ポリマー中に存在するSiH3基は比較的安定で、空気中に
おいても室温では容易に酸化されることがなく、約100
乃至200℃の高温でようやく酸化されるにすぎない。
本発明による含ケイ素ポリマーは溶媒に可溶でかつ熱可
塑性であることから産業上の有用性は大きく、数多くの
用途が期待できる。例えば、セラミックス(SiC)用プ
レポリマー、セラミックス用バインダー、表面処理剤、
はっ水剤、IPN用原料、半導体、フォトレジストなどで
ある。これらのポリマーの機能は、Si−H結合の高い反
応性や、Si-Si結合の電導性や光分解性を利用するもの
である。特に本発明において好適に利用される機能は、
シリル基(SiH3)の反応性にあり、例えば、ポリスチレ
ン、ポリ塩化ビニル、ポリメタアクリル酸のようにポリ
マー中に、一部該ケイ素化合物を共重合の形で取り入れ
ることにより、架橋性、発泡性、他のモノマーあるいは
ポリマーとの反応性を付与することができるなど、従来
のポリマーに興味ある機能を組み込むことが可能であ
る。すなわち、本発明は、従来にない新しい高機能材料
の創製においておおいに貢献するものである。
実施例 以下、本発明を実施例によって説明する。
実施例1 100mlのオートクレーブにビニルシラン(CH2=CH-SiH3,
bp-23℃)15.1g(260mmol)とスチレン31.2g(300mmo
l)を仕込み、更にこれに重合開始剤として過酸化ベン
ゾイルを1.2g仕込み、密封条件下、80℃で8時間反応さ
せた。
反応終了後、オートクレープを開放し、内容物をメタノ
ール中にかきまぜながら注ぎ入れた。得られたポリマー
は白色粉末で、重量は39.8g、このポリマー中のSi量は1
5wt%であった。またポリマーの分子量は約5,000乃至1
5,000の範囲であった。
実施例2 500mlのオートクレーブに、ポリビニルアルコール0.3g
を溶解した水300ml、過酸化ラウロイル0.2g、ビニルシ
ラン50g、塩化ビニル100gを仕込み、密封条件下、60℃
で8時間反応させた。
反応終了後、オートクレーブを開放し、生成した白色粉
末状ポリマーを水洗、乾燥した。得られたポリマーは12
5g、このポリマー中のSi量は17wt%であった。またポリ
マーの分子量は約10,000乃至50,000の範囲であった。
実施例3 100mlのオートクレーブに、2−クロロ−4−シリル−
1−ブテン(CH2=CCl-CH2-CH2-SiH3)24.2g(200mmo
l)、スチレン31.2g(300mmol)、および開始剤としてA
IBN(アゾビスイソブチロニトリル)0.5gを加え、密封
条件下、80℃で8時間反応させた。
反応終了後、オートクレーブを開放して、内容物をメタ
ノール中にかきまぜながら注ぎ入れた。得られたポリマ
ーは白色粉末で33.2g、このポリマー中のSi量は16wt%
であった。またポリマーの分子量は約3,000乃至10,000
の範囲であった。
発明の効果 本発明は、シリル基を含有するα−オレフィンがラジカ
ル重合するという発見に端を発するものであり、産業上
有用な新規な含ケイ素ポリマーの製造法を提供するもの
である。詳しくは、本発明は、安価なモノマーと経済的
重合法が最大の特徴であり、また得られるポリマー、特
にシリル基の特異的物性、反応性から種々の機能(用
途)が期待できる。例えば、特にセラミックス(SiC)
用プレポリマー、種々ポリマーの変性剤、IPN用原料、
表面処理剤等である。特にシリル基の反応性を利用し
て、例えば、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルのような従
来のポリマーに架橋性、発泡性、他のモノマーあるいは
ポリマーとの反応性などの機能を付与することができ、
新しい高機能性材料の創製におおいに貢献するものであ
る。
以上のように、本発明の含ケイ素ポリマーの製造法が与
える産業上の意味は極めて大きい。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(1)一般式 (ただし、mは0または1乃至10の正の整数、nは1、
    2または3、R1は水素、アルキル基、アリール基または
    ハロゲン、R2はアルキレン基またはフェニレン基であっ
    て、R1およびR2はCOOH、NH2、Cl、OHなどの官能基を含
    んでいても良い。)で表されるケイ素化合物と分子内に
    少なくとも一つの炭素と炭素の二重結合を有する不飽和
    炭化水素とをラジカル共重合させることを特徴とする含
    ケイ素ポリマーの製造方法。
  2. 【請求項2】不飽和炭化水素が末端に炭素と炭素の二重
    結合を有する化合物である特許請求の範囲第1項に記載
    の方法。
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